Què és el díode IMPATT: construcció i funcionament

El concepte de díode IMPATT va ser realment inventat l'any 1954 per William Shockley. Per tant, va ampliar la idea de produir una resistència negativa amb l'ajut d'un mecanisme com el retard del temps de trànsit. Va proposar que la tècnica d’injecció per a portadors de càrrega dins d’una unió PN estigués esbiaixada i va publicar el seu pensament al Technical Journal of Bell Systems el 1954 i titulat amb el nom de “Resistència negativa que es produeix des del temps de trànsit dins dels díodes de semiconductors”. es va estendre fins al 1958 quan Bell Laboratories va implementar la seva estructura de díodes P + NI N + i després d'això, es diu diode Read. Després d'això, l'any 1958, es va publicar una revista tècnica amb el nom del títol "un díode de resistència negativa d'alta freqüència proposat". L’any 1965 es va fer el primer díode pràctic i es van observar les primeres oscil·lacions. El díode que s'utilitza per a aquesta demostració es va construir a través de silici amb una estructura P + N. Més tard, es va verificar el funcionament del díode de lectura i, després, es va demostrar que el díode PIN funcionava l'any 1966. La forma completa de díode IMPATT és la ionització IMPatt Avalanche Transit-Time. Es tracta d’un díode d’alta potència que s’utilitza en aplicacions de microones. En general, s’utilitza com a amplificador i oscil·lador a freqüències de microones. El rang de freqüències de funcionament del díode IMPATT oscil·la entre 3 i 100 GHz. Generalment, aquest díode genera característiques de resistència negatives, de manera que funciona com a oscil·lador a freqüències de microones per generar senyals. Això es deu principalment a l’efecte del temps de trànsit i l’efecte d’allau de ionització d’impacte. La classificació dels díodes IMPATT es pot fer per dos tipus: la deriva simple i la deriva doble. Els dispositius de deriva simple són P + NN +, P + NIN +, N + PIP +, N + PP +. Quan considerem el dispositiu P + NN +, la unió P + N es connecta en polarització inversa, provoca un trencament de l’allau que provoca la regió de P + per injectar a NN + amb una velocitat de saturació. Però els forats injectats de la regió de NN + no deriven, cosa que s’anomena dispositius de deriva única. El millor exemple de dispositius de doble deriva és P + PNN +. En aquest tipus de dispositius, sempre que la unió PN està esbiaixada a prop d’una avalança, la deriva electrònica es pot fer a través de la regió NN + mentre que els forats passen per la regió PP +, que es coneix com a dispositius de doble deriva. el diode IMPATT inclou el següent: Els rangs de freqüència de funcionament de 3GHz a 100GH El principi de funcionament del díode IMPATT és la multiplicació d’allaus La potència de sortida és de 1w CW i superior a 400 watts polsats L’eficiència és del 3% CW i 60% pulsats a 1 GHz Més potent en comparació amb el díode GUNN La xifra de soroll és 30db Construcció i treball del díode IMPATT La construcció del díode IMPATT es mostra a continuació. Aquest díode inclou quatre regions com P + -NI-N +. L'estructura del díode PIN i de l'IMPATT és la mateixa, però funciona en un gradient de voltatge extremadament alt d'aproximadament 400KV / cm per generar un corrent d'allau. Normalment, per a la seva construcció s’utilitzen principalment diferents materials com Si, GaAs, InP o Ge. Construcció de díodes IMPATT En comparació amb un díode normal, aquest díode utilitza una estructura una mica diferent perquè; un díode normal es trencarà en estat d’allau. Com que la gran quantitat de generació actual provoca la generació de calor al seu interior. Així, a les freqüències de microones, la desviació en l’estructura s’utilitza principalment per generar senyals de RF. Generalment, aquest díode s’utilitza en generadors de microones. Aquí, es dóna una font de corrent continu al díode IMPATT per generar una sortida que oscil·la una vegada que s’utilitza un circuit sintonitzat adequat dins del circuit. La sortida del circuit IMPATT és consistent i comparativament alta en comparació amb altres díodes de microones. Però també produeix un alt rang de soroll de fase, cosa que significa que s’utilitza en transmissors simples més sovint que els oscil·ladors locals dels receptors allà on el rendiment del soroll de fase és normalment més significatiu. Aquest díode funciona amb un voltatge bastant alt com 70 volts o més. Aquest díode pot limitar les aplicacions mitjançant el soroll de fase. No obstant això, aquests díodes són principalment alternatives atractives per a díodes de microones en diverses regions. En general, aquest tipus de díode s'utilitza principalment a freqüències superiors a 3 GHz. S'observa que cada vegada que es dóna un circuit sintonitzat amb una tensió a la regió del voltatge de ruptura cap a l'IMPATT, es produirà una oscil·lació. En comparació amb altres díodes, aquest díode utilitza resistència negativa i aquest díode és capaç de generar un alt rang de potència de deu watts o superior en funció del dispositiu. El funcionament d’aquest díode es pot fer des d’un subministrament mitjançant una resistència de limitació de corrent. El valor d'aquesta restringeix el flux de corrent al valor necessari. El corrent es subministra a través d’un sufocador de RF per separar el CC del senyal de RF. Circuit de díodes IMPATT El díode de microones IMPATT està disposat més enllà del circuit sintonitzat, però normalment aquest díode es pot disposar dins d’una cavitat de guia d’ones que proporciona el circuit sintonitzat necessari. Quan es dóna l’alimentació de tensió, el circuit oscil·larà. El principal inconvenient del díode IMPATT és el seu funcionament, ja que genera un alt rang de soroll de fase a causa del mecanisme de ruptura de l’allau. Aquests dispositius fan servir la tecnologia d’arsenur de gal·li (GaAs), que és molt millor en comparació amb el silici. Això es deu als coeficients d’ionització molt més ràpids per als portadors de càrrega. Diferència entre IMPATT i el díode Trapatt La diferència principal entre el díode IMPATT i el diode Trapatt basat en diferents especificacions es descriu a continuació. Especificacions Diode IMPTT. % en mode pulsat i 0.5% en CW El mode pulsat és del 100 al 1% Potència de sortida 10 Watt (CW) 1 Watt (impulsat) Per sobre dels 10 watts Figura sorollosa 60 dB3 dB Semiconductors bàsics Si, InP, Ge, GaAsSiConstruction N + PIP + polarització inversa PN JunctionP + NN ++ o B + P P PN JunctionHarmonicsLowStrongRuggednessYesYesSizeTinyTinyApplicationOscillator, AmplifierOscillator Característiques del díode IMPATT Les característiques del díode IMPATT inclouen les següents: Funciona en condicions de polarització inversa. allau com wel Com a temps de trànsit. En comparació amb els díodes Gunn, aquests també proporcionen una elevada potència o soroll o / p, de manera que s’utilitzen en receptors d’oscil·ladors locals. La diferència de fase entre corrent i tensió és de 20 graus. Aquí el retard de fase amb 90 graus es deu principalment a l’efecte d’allau, mentre que l’angle restant és a causa del temps de trànsit, que s’utilitzen principalment quan l’elevada potència de sortida és necessària, com ara oscil·ladors i amplificadors. -Freqüència d’ona. A menys freqüències, la potència de sortida és inversament proporcional a les freqüències, mentre que, a altes freqüències, és inversament proporcional al quadrat de la freqüència. Avantatges Els avantatges del díode IMPATT inclouen el següent. La seva mida és petita. Són econòmics. A alta temperatura, proporciona un funcionament fiable. En comparació amb altres díodes, inclou funcions d’alta potència. Sempre que s’utilitza com a amplificador, funciona com un dispositiu de banda estreta. Aquests díodes s’utilitzen com a excel·lents generadors de microones. Per al sistema de transmissió de microones, aquest díode pot generar un senyal portador. Desavantatges Els desavantatges del díode IMPATT inclouen el següent. Ofereix un rang d’afinació menor. Dóna una alta sensibilitat a diverses condicions operatives. A la regió d’allaus, la velocitat de generació de parells de forats d’electrons pot causar una generació de soroll elevada. Per a les condicions operatives, és sensible. no es pren, es pot danyar a causa de la gran reactància electrònica. En comparació amb TRAPATT, proporciona menys eficiència. El rang de sintonització del díode IMPATT no és bo com el díode Gunn. Genera sorolls falsos a intervals superiors en comparació amb els díodes Gunn i klystron. Aplicacions Les aplicacions del díode IMPATT inclouen el següent. Aquests tipus de díodes s’utilitzen com oscil·ladors de microones dins d’oscil·ladors de sortida modulats i generadors de microones. S’utilitzen en radars d’ona contínua, contramesures electròniques i enllaços de microones. S’utilitzen per a l’amplificació mitjançant resistències negatives. Aquests díodes s’utilitzen en amplificadors paramètrics, oscil·ladors de microones i generadors de microones. I també s’utilitza en transmissors de transmissió de telecomunicacions, sistemes d’alarma d’intrusos i receptors. Aquests dispositius semiconductors s’utilitzen per generar senyals de microones d’alta potència a un rang de freqüències de 3 GHz a 100 GHz. Aquests díodes són aplicables a menys alarmes de potència i sistemes de radar.

Deixa un missatge 

Llista de missatges